自适应非奇异终端滑模控制及其在BPMSM中的应用

为提高终端滑模控制中状态变量的全局快速收敛性, 提出一种自适应变速指数趋近律. 该趋近律引入状态变量的一阶范数, 根据状态变量距离平衡点的远近自适应调整指数趋近速度和等速趋近速度, 从而实现缩短趋近时间的同时削弱系统抖振. 应用该趋近律设计无轴承永磁同步电机(BPMSM) 转子速度及径向位移非奇异终端滑模控制器, 仿真结果表明, 该方法能快速地跟踪转速及径向位移给定值, 系统超调及稳态静差小, 具有较强的鲁棒性.

     

基于双幂次趋近律的滑模控制方法

针对滑模控制中传统趋近律存在抖振、收敛速度慢的问题, 提出一种基于特定双幂次趋近律的滑模控制方案. 双幂次趋近律具有全局快速的固定时间收敛特性, 收敛时间存在与滑模初值无关的上界. 当系统存在有界集总扰动时, 双幂次趋近律能使滑模及其一阶导数在有限时间收敛到稳态误差界内. 仿真分析验证了所提出方法的有效性.

     

非匹配不确定离散系统的无抖振积分滑模控制

针对一类非匹配不确定离散系统, 设计一种无抖振离散积分滑模控制器. 为了抑制非匹配不确定性对系统的影响, 采用线性矩阵不等式方法设计一种新型的切换函数和对应的滑模控制律, 并证明了闭环系统的Lyapunov 稳定性. 同时, 引入饱和函数设计控制器, 使系统状态在积分滑模面的某个小邻域内做准滑模运动, 并通过合理选择饱和函数的边界层厚度, 使控制信号不含任何抖振. 理论分析和数值仿真验证了所提出方法的有效性.

     

一类输入受限的不确定非仿射非线性系统二阶动态terminal 滑模控制

针对一类输入受限的不确定非仿射非线性系统跟踪控制问题, 提出一种二阶动态terminal 滑模控制策略. 在不损失模型精度, 并考虑系统输入饱和受限的前提下, 给出一种适用于全局的不确定非仿射非线性系统近似方法. 提出小波小脑模型干扰观测器设计方法, 实现复合扰动的有效逼近. 构造辅助系统分析输入饱和对跟踪误差的影响. 通过构造基于PI 滑模面的terminal 二阶滑模面, 给出二阶动态terminal 滑模控制器设计过程, 克服了传统滑模的抖振问题. 仿真结果验证了所提出方法的有效性.

     

适用于制导控制一体化的模糊滑模方法

为了提高打击大机动目标命中率、机动性和燃油利用率, 设计一种适用于制导控制一体化的模糊滑模方法. 建立拦截导弹制导控制一体化模型, 选取零控脱靶量作为滑模面, 将制导律嵌入控制器的设计中, 并将运动学关系与 动力学特性有机融合. 在滑模控制器中加入模糊环节, 有效克服了滑模方法的抖振问题. 目标蛇形机动的弹道仿真结果表明, 所提出方法可以有效提高系统各方面的性能.

     

基于模糊滑模方法的双舵控制导弹制导控制一体化

针对单舵控制导弹舵角在大攻角下易饱和的问题, 提出一种适用于双舵控制导弹的制导控制一体化模糊滑模方法. 分析具有鸭舵/尾舵结构导弹动力学特性, 建立制导控制一体化模型, 利用双滑模变结构控制方法, 分别选取零控脱靶量和控制相关量作为滑动模态, 前者保证脱靶量趋于零, 后者提供阻尼响应, 将制导律嵌入在控制器的设计之中. 为了克服滑模抖振问题, 利用指数趋近率方法设计控制器, 并将模糊环节加入控制器中. 最后, 对拦截蛇形机动目标的过程进行仿真, 仿真结果验证了所提出方法的有效性.

     

SCARA机器人模糊自适应滑模控制

为了提高SCARA机器人的轨迹跟踪控制性能,提出了一种基于非奇异终端滑模面和改进的快速趋近律的滑模控制策略。设计了一种非奇异的快速终端滑模面,可在任意初始状态下收敛到平衡点;改进滑模控制的趋近律,在保证快速趋近的同时可有效抑制抖振,并采用双曲正切函数代替传统的符号函数,有效地消除了高频抖振。采用模糊控制调节趋近律参数,改善初始状态误差过大时引起的力矩冲击问题;基于SCARA机器人模型仿真实验表明,实验结果跟踪性能良好,输出力矩平滑。     

多航天器系统分布式有限时间姿态协同跟踪控制

基于一致性算法, 在有向通讯拓扑下, 研究存在状态约束的多航天器系统分布式有限时间姿态协同跟踪控制问题. 在仅有部分跟随航天器可以获取领航航天器状态, 并且跟随航天器之间存在不完全信息交互的情形下, 设计了分布式快速终端滑模面, 提出了不依赖于模型的分布式有限时间姿态协同跟踪控制律. 根据有限时间Lyapunov 稳定性定理, 证明了系统的状态在有限时间内收敛于领航航天器状态的小邻域内. 最后通过仿真算例验证了所提出算法的有效性.

     

无刷直流电机转速伺服系统反步高阶滑模控制

针对无刷直流电机转速伺服系统高性能非线性鲁棒控制, 提出一种新型的多滑模反步高阶滑模非线性控制方法. 在控制律设计的每一步都引入二阶滑模Super-Twisting 算法, 无需计算变量导数, 消除了滑模抖振, 并在第1 级子系统虚拟控制律设计中提出一种改进的二阶滑模Super-Twisting 算法. 与传统双闭环PI 控制相比, 能够令系统的动静态性能更好, 转矩脉动更小, 鲁棒性更强; 与标准Super-Twisting 算法相比, 进一步提高了系统对阶跃负载扰动的抑制能力. 最后通过仿真分析表明了所提出方法的有效性.

     

对带有死区的机械臂系统的快速非奇异终端滑模轨迹跟踪控制

针对带有死区的机械臂系统轨迹跟踪问题,提出了一种快速非奇异终端滑模控制方法。首先,选取基于非奇异终端滑模框架的快速非奇异终端滑模,保证了系统状态能够在有限时间内收敛到零,并且在没有添加任何辅助措施的情况下避免了控制律的奇异问题;其次,通过将原控制律中的符号函数替代成饱和函数而获得连续的控制信号,消除了抖振;最后,仿真结果验证了所提出的方法的有效性。     

An improved continuous sliding mode controller for flexible air‐breathing hypersonic vehicle

An improved continuous sliding mode control algorithm is proposed for a flexible air‐breathing hypersonic vehicle (FAHV), including nonsingular fast fixed‐time sliding surface (NFFS) and dual‐layer adaptive continuous twisting reaching law (DACTL). Firstly, the nonlinear control‐oriented model of FAHV is processed using input/output feedback linearization method with the significant flexible effects modeling as unknown matched disturbances. Secondly, a novel NFFS is improved from conventional fixed‐time sliding surface by adjusting power exponent to accelerate convergence rate. In the meanwhile, in order to avoid singularity aroused by fractional power term, an exponential convergent sliding surface is switched when tracking error approaches zero. Thirdly, a DACTL is proposed to realize finite‐time convergence of sliding mode variable with higher convergence precision and less chattering. Dual‐layer adaptive law is utilized to adjust the gain in DACTL based on equivalent control concept so as to enhance robustness automatically and avoid overestimation of control gain. Meanwhile, disturbances can be compensated without knowledge of Lipschitz constants. Ultimately, simulations on longitudinal control of FAHV demonstrate the control algorithm proposed is superior to conventional quasi‐continuous sliding mode controller in the aspect of convergence accuracy and chattering suppression.     

Adaptive terminal angle constraint interception against maneuvering targets with fast fixed‐time convergence

In this paper, a modified adaptive fast nonsingular terminal sliding mode guidance law is proposed based on the theory of fixed‐time convergence, which is applied for intercepting maneuvering targets considering terminal angle constraint. The proposed guidance law achieves system stabilization within bounded settling time independent on initial conditions and provides no singularity and globally rapid convergence property by accelerating the convergence rate when the system is close to the origin. The upper bound of settling time can be obtained in advance by the controller's parameters. Besides, in order to achieve chattering‐free property, a continuous adaptive switching control is introduced and the achieved acceleration‐magnitude constraints are rigorously enforced. Finally, the fixed‐time convergence of the sliding mode manifold and the system states is demonstrated by Lyapunov stability theory. Extensive numerical simulations are presented to validate the efficiency and superiority of the proposed guidance law.     

一类3阶非线性系统的非奇异终端滑模控制

针对传统非奇异终端滑模控制方法不适用于3阶系统的问题,提出一类具有不确定和外干扰的3阶非线性系统的新型非奇异终端滑模控制方法.该方案首先结合backstepping控制中的动态面方法和传统2阶非奇异终端滑模控制构造非奇异3阶终端滑模面,首次提出采用高阶滑模微分器估计值代替控制器中的负指数项.采用非线性干扰观测器任意精度地估计不确定和干扰,设计控制器中的补偿项.采用终端吸引子函数做趋近律避免抖振的同时能保证有限时间趋近滑模面.基于有限时间稳定李雅普诺夫定理证明了被控状态将在有限时间内收敛到任意小的闭球内.所提出方案快于传统的递阶线性滑模控制和其他非奇异终端滑模控制.仿真中与其他滑模控制方案对比,总误差减小18%以上,超调及收敛时间也显著下降.     

考虑导弹自动驾驶仪动态特性的带攻击角度约束制导律

针对打击机动目标时带攻击角度约束的制导问题,采用扩张状态观测器和动态面控制方法设计一种考虑自动驾驶仪动态特性的制导律.考虑期望视线角的变化率正比于未知的目标加速度,采用扩张状态观测器对未知目标加速度进行估计.为了避免奇异问题,并克服非匹配不确定项对系统性能的影响,采用非奇异终端滑模和动态面控制方法进行制导律设计.与传统的将目标加速度设为零的制导律相比较,仿真结果表明所提出的制导律具有良好的制导性能.     

基于一种新型趋近律的自适应滑模控制

首先, 利用特殊幂次函数和反双曲正弦函数构造一种新型滑模变结构控制趋近律; 然后, 采用该趋近律设计一种自适应滑模控制律, 并证明滑模控制系统误差渐近收敛. 仿真实验表明: 在存在时变转动惯量和摩擦力矩扰动的情况下, 该自适应滑模控制系统具有较高的位置和速度跟踪精度, 并有效减弱了控制输入信号的高频震颤现象; 同时, 采用反双曲正弦函数的自适应律能较好地平滑系统转动惯量估计值, 减小控制输入信号的幅值.